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UUV循迹跟踪与环境最优控位方法研究
| 论文题名： | UUV循迹跟踪与环境最优控位方法研究 |
| 关键词： | 无人水下航行器;循迹跟踪;环境最优控位;作业时间 |
| 摘要： | 无人水下航行器（UUV）是现如今各国研究的热点课题，它在我们日常生活中发挥着越来越重要的作用，甚至可以代替人去完成某些特殊任务，因此，对无人水下航行器的研究具有重要意义。 本文对UUV的循迹跟踪和环境最优控位方法进行了研究，这两种运动是 UUV的典型运动，是 UUV完成其它复杂作业任务的基础。提高循迹跟踪精度，有助于 UUV完成更加精细的任务；在保持相同航速的情况下，实现环境最优控位，可以大大延长UUV的作业时间。 首先，本文选取Minesniper MkII为研究对象，建立的该UUV的六自由度数学模型，再简化得到带海流干扰的水平面数学模型，并对该水平面模型做了仿真实验，验证了该模型的正确性。为后文动态面控制器设计，进一步将水平面数学模型转换为艏向控制模型和纵向速度控制模型；同时，将艏向控制模型和纵向速度控制模型转换为自抗扰控制标准形式，方便动态面自抗扰控制器设计。 然后，通过对导引系统的研究，在UUV的循迹跟踪中采用视线导引法生成实时期望艏向，并针对传统视线导引法在有海流干扰的情况下，系统最终会存在稳态航迹误差的缺陷，引入了侧滑角对视线法生成的期望艏向进行修正，保证系统航迹误差最终趋于零。在环境最优控位中采用参考模型法生成实时期望纵向速度，并对该速度进行饱和限制，使得UUV实际速度能够跟踪上这个期望速度。 其次，通过对动态面控制技术的研究，将该技术应用到UUV的两种典型运动控制中，分别设计基于动态面的艏向控制器和纵向速度控制器，有效避免了传统反步法中存在的微分爆炸现象，并从理论上证明了控制器的稳定性，仿真实验也验证了控制器的有效性。 再次，针对单纯动态面控制技术对UUV精确数学模型的要求，本文将动态面控制技术和自抗扰控制技术相结合，减小了控制器设计时对模型的依赖，并从理论上对自抗扰控制技术的核心做了稳定性分析。仿真实验中，对动态面控制器和动态面自抗扰控制器做了对比，表现出了动态面自抗扰控制器较强的抗干扰能力。 最后，通过一个仿真案例，将本文所研究的内容与实际UUV作业任务相结合，体现了本课题的实用性，同时也体现了研究内容的完整性。 |
| 作者： | 高海涛 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 李娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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